轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法

1、 Shanghai university轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法 第第 2 章章 Shanghai university2.1 2.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 及其靜特性及其靜特性一。問(wèn)題的提出一。問(wèn)題的提出 Shanghai university 采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PIPI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。 如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，單如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，

2、單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿(mǎn)足需要。閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿(mǎn)足需要。 Shanghai university如何控制動(dòng)態(tài)性能如何控制動(dòng)態(tài)性能？電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程：電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程：結(jié)論：結(jié)論：要得到好的動(dòng)態(tài)性能，必須控制好要得到好的動(dòng)態(tài)性能，必須控制好轉(zhuǎn)矩，即控制好電流。轉(zhuǎn)矩，即控制好電流。dtdnGDTTLe3752dtdnCGDIImLd3752 Shanghai university1. 1. 單閉環(huán)系統(tǒng)的主要問(wèn)題單閉環(huán)系統(tǒng)的主要問(wèn)題 單閉環(huán)系統(tǒng)不能控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)單閉環(huán)系統(tǒng)不能控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程。過(guò)程。 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)只是用來(lái)限制電流電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)只是用來(lái)限制電流的沖擊，并不

3、能很好地控制電流的動(dòng)態(tài)的沖擊，并不能很好地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。波形。 Shanghai universitya) 理想的快速起動(dòng)過(guò)程IdLntIdOIdmb) 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖2-1 直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形n2. 2. 理想的起動(dòng)過(guò)程理想的起動(dòng)過(guò)程IdLntIdOIdmIdcrn Shanghai university3. 3. 解決思路解決思路 為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)，關(guān)鍵為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值是要獲得一段使電流保持為最大值I Idmdm的恒流過(guò)的恒流過(guò)程。程。 按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)物理量的負(fù)按照反饋控

4、制規(guī)律，采用某個(gè)物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過(guò)程流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過(guò)程。 Shanghai university 現(xiàn)在的問(wèn)題希望能實(shí)現(xiàn)控制：現(xiàn)在的問(wèn)題希望能實(shí)現(xiàn)控制：起動(dòng)過(guò)程，只有電流負(fù)反饋，沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。起動(dòng)過(guò)程，只有電流負(fù)反饋，沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。穩(wěn)態(tài)時(shí)，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，沒(méi)有電流負(fù)反饋。穩(wěn)態(tài)時(shí)，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，沒(méi)有電流負(fù)反饋。 怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋，又使它們只能分別在不同的階段里起作負(fù)反饋，又使它們只能分別在不同的階段里起作用呢？用

5、呢？-轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng) Shanghai university+TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAM+-UdIdUPE-MTG圖2-2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR電流調(diào)節(jié)器 TG測(cè)速發(fā)電機(jī)TA電流互感器 UPE電力電子變換器內(nèi)環(huán)外 環(huán)ni二。二。 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 Shanghai university轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制

6、電力電子變?nèi)?，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器換器UPEUPE。 從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱(chēng)作內(nèi)從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱(chēng)作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱(chēng)作外環(huán)。環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱(chēng)作外環(huán)。 這就形成了這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 Shanghai university 系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)圖2-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖 +-TG+-+-RP2U*nR0R0UcUiRiCi+-R0R0RnCnASRACRLMRP1UnU*iLM+MTAIdUdMTGUPE+-+- Shanghai university限幅的作用：限幅的作用： 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

7、器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓的輸出限幅電壓U*im電流給定電壓的最大值，即電流給定電壓的最大值，即限制了最大電流；限制了最大電流； 電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓的輸出限幅電壓Ucm Uc的最大值，即限制了電力的最大值，即限制了電力電子變換器的最大輸出電壓電子變換器的最大輸出電壓Udm。 Shanghai university限幅電路（外限幅，輸出限幅限幅電路（外限幅，輸出限幅）二極管鉗位的外限幅電路 Shanghai university限幅電路（內(nèi)限幅，輸出和積分限幅限幅電路（內(nèi)限幅，輸出和積分限幅） Shanghai university圖2-4(a) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的

8、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖(ASR未飽和)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù) Ks 1/CeU*nUcIdEnUd0Un+-ASR+U*i-IdR R ACR-UiUPE三。三。 雙閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性雙閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性1. 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖：穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖： Shanghai university圖圖2-4 (b) ASR2-4 (b) ASR飽和，相當(dāng)于電流閉環(huán)系統(tǒng)飽和，相當(dāng)于電流閉環(huán)系統(tǒng) Ks 1/CeUcIdEnUd0+U*i-IdR R ACR-UiUPEASRASR飽和，相當(dāng)于電流閉環(huán)系統(tǒng)飽和，相當(dāng)于電流閉環(huán)系統(tǒng) Shanghai university 2. 2. 系統(tǒng)靜特性系統(tǒng)靜特性 設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)

9、計(jì)時(shí)，ACR不不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)。會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)。 CA段段ASR未飽和，未飽和，AB段段ASR飽和。飽和。 圖2-5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 n0IdIdmIdNOnABC Shanghai university（1 1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和轉(zhuǎn)速無(wú)靜差）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和轉(zhuǎn)速無(wú)靜差di*i0n*nIUUnnUU即即 0*nnUnU*i U*im， Id Idm。 Shanghai university（2 2） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和電流無(wú)靜差轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和電流無(wú)靜差U*i = U*im，穩(wěn)態(tài)時(shí)穩(wěn)態(tài)時(shí) dm*imdIUI最大電流最大電流- - I Idmdm 取決于容許過(guò)載取決于容許過(guò)載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允

10、許的最大加速能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度。度。n nnn* *。 ASRASR輸入偏差電壓變負(fù)，開(kāi)始退出飽和，輸入偏差電壓變負(fù)，開(kāi)始退出飽和， U U* *i i 和和 I Id d 很快下降。但是，只要很快下降。但是，只要 I Id d 仍大于負(fù)載電流仍大于負(fù)載電流 I IdLdL ，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。 直到直到I Id d = = I IdLdL時(shí)，轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)矩矩T Te e= = T TL L ，則，則d dn/n/d dt t = 0= 0，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速速n n才到達(dá)峰才到達(dá)峰值（值（t t = = t t3 3時(shí)）。時(shí)）。 Shanghai university第第 階段

11、階段 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（續(xù)）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（續(xù)） 此后，電動(dòng)機(jī)在負(fù)載的阻此后，電動(dòng)機(jī)在負(fù)載的阻力下減速，在一小段時(shí)間力下減速，在一小段時(shí)間內(nèi)（內(nèi)（ t3 t4 ），）， Id IdL ，直到穩(wěn)定直到穩(wěn)定Id = IdL ， n =n* 。 如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，會(huì)有振蕩過(guò)程。夠好，會(huì)有振蕩過(guò)程。IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt特點(diǎn)：特點(diǎn)：ASR不飽和，起主要調(diào)節(jié)作用；不飽和，起主要調(diào)節(jié)作用；ACR起跟隨作用；起跟隨作用；轉(zhuǎn)速有超調(diào)。轉(zhuǎn)速有超調(diào)。 Shanghai university2. 2. 起動(dòng)過(guò)程的特點(diǎn)：起動(dòng)過(guò)程的特點(diǎn)：雙

12、閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)： （1 1）飽和非線性控制）飽和非線性控制 （2 2）轉(zhuǎn)速超調(diào)）轉(zhuǎn)速超調(diào) （3 3）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制( (有限制條件的最短時(shí)間控制有限制條件的最短時(shí)間控制) ) Shanghai university三。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能分析三。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能分析 主要擾動(dòng)源：主要擾動(dòng)源： 負(fù)載變化；負(fù)載變化； 電源電壓變化。電源電壓變化。 Shanghai university 1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/R Tl s+1R TmsKsTss+1ACR U*iUi-EId1.

13、1. 抗負(fù)載擾動(dòng)抗負(fù)載擾動(dòng)IdL直流調(diào)速系統(tǒng)的抗負(fù)載擾動(dòng)作用直流調(diào)速系統(tǒng)的抗負(fù)載擾動(dòng)作用 Shanghai university抗負(fù)載擾動(dòng)（續(xù)抗負(fù)載擾動(dòng)（續(xù)）擾動(dòng)作用位置：擾動(dòng)作用位置：電流環(huán)之外電流環(huán)之外抗擾作用調(diào)節(jié)器：抗擾作用調(diào)節(jié)器：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR對(duì)對(duì)ASR的設(shè)計(jì)要求：的設(shè)計(jì)要求：應(yīng)要求有較好的應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)?？箶_性能指標(biāo)。 Shanghai university2. 抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)-IdLUd圖圖2-8 直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾作用直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾作用 Ud電網(wǎng)電壓波動(dòng)在整流電壓上的反映電網(wǎng)電壓波動(dòng)在整流電壓上的反映 1/CeU*nnUd0Un+

14、-ASR1/R Tl s+1R TmsIdKsTss+1ACR U*iUi-E Shanghai university抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng) 雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到比較及時(shí)的壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來(lái)，抗擾性能大有改善回來(lái)，抗擾性能大有改善。 擾動(dòng)作用位置：擾動(dòng)作用位置：電流環(huán)內(nèi)的前向通道電流環(huán)內(nèi)的前向通道抗擾作用的調(diào)節(jié)器：抗擾作用的調(diào)節(jié)器：電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器ACR Shanghai university1. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用

15、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 （1）速度調(diào)節(jié)）速度調(diào)節(jié)它使轉(zhuǎn)速它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定電壓變化，很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差?，F(xiàn)無(wú)靜差。（2）抗擾作用）抗擾作用對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。（3）限制電機(jī)最大電流）限制電機(jī)最大電流其輸出限幅值決定電機(jī)允許其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。的最大電流。四。四。 轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器的作用 Shanghai university2. 2. 電流調(diào)節(jié)器的作用電流調(diào)節(jié)器的作用（1）跟隨作用）跟隨作用作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的作為

16、內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過(guò)程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓調(diào)節(jié)過(guò)程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（2）抗擾作用）抗擾作用對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。用。（3）加快動(dòng)態(tài)過(guò)程加快動(dòng)態(tài)過(guò)程在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。（4）過(guò)流自動(dòng)保護(hù)作用過(guò)流自動(dòng)保護(hù)作用當(dāng)電機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)電機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用

17、。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的?？煽窟\(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的。 Shanghai university2.3 2.3 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法必要性必要性: 設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器須同時(shí)解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器須同時(shí)解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動(dòng)態(tài)性能要求。各方面相互有矛盾的靜、動(dòng)態(tài)性能要求?？赡苄钥赡苄? 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)可由低階系統(tǒng)近似電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)可由低階系統(tǒng)近似，事事先研究低階典型系統(tǒng)的特性，將實(shí)際系統(tǒng)校正先研究低階典型系統(tǒng)的特性，將實(shí)際系統(tǒng)校正成典型系

18、統(tǒng)，設(shè)計(jì)過(guò)程就簡(jiǎn)便多了。成典型系統(tǒng)，設(shè)計(jì)過(guò)程就簡(jiǎn)便多了。 Shanghai university設(shè)計(jì)方法的原則設(shè)計(jì)方法的原則 （1）概念清楚、易懂；）概念清楚、易懂；（2）計(jì)算公式簡(jiǎn)明、好記；）計(jì)算公式簡(jiǎn)明、好記；（3）不僅給出參數(shù)計(jì)算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方）不僅給出參數(shù)計(jì)算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方向；向；（4）能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡(jiǎn)單的計(jì)）能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡(jiǎn)單的計(jì)算公式；算公式；（5）適用于各種可以簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。）適用于各種可以簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。 Shanghai university一。一。 工程設(shè)計(jì)方法的基本思路工

19、程設(shè)計(jì)方法的基本思路 1. 選擇典型系統(tǒng)選擇典型系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)性能要求選擇合適的典型系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)性能要求選擇合適的典型系統(tǒng)2. 選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)典型化并滿(mǎn)足穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)精度使系統(tǒng)典型化并滿(mǎn)足穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)精度。3. 設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。 Shanghai university二。二。 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)： 跟隨性能指標(biāo)跟隨性能指標(biāo)抗擾性能指標(biāo)抗擾性能指標(biāo)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能以抗擾性能隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以跟隨性能為主。以跟隨性能為主

20、。 Shanghai university 系統(tǒng)典型的階躍響應(yīng)曲線系統(tǒng)典型的階躍響應(yīng)曲線5%（或2%） )(tCCCCmaxmaxCC0 tOtrts圖2-11 典型階躍響應(yīng)曲線和跟隨性能指標(biāo) Shanghai university跟隨性能指標(biāo)跟隨性能指標(biāo) 階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)：階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)：tr 上升時(shí)間：第一次到達(dá)給定值的時(shí)間上升時(shí)間：第一次到達(dá)給定值的時(shí)間 超調(diào)量超調(diào)量: ts 調(diào)節(jié)時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間:進(jìn)入誤差帶的時(shí)間進(jìn)入誤差帶的時(shí)間%100*CCCmax Shanghai university 突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和抗擾性能指標(biāo)突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和抗擾性能指標(biāo)圖圖2-12 突加擾動(dòng)的動(dòng)

21、態(tài)過(guò)程和抗擾性能指標(biāo)突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和抗擾性能指標(biāo)maxC1C2C5%（或2%） CNNO ttmtvCb Shanghai university抗擾性能指標(biāo)抗擾性能指標(biāo) 抗擾性能指標(biāo)：抗擾性能指標(biāo)： Cmax 最大動(dòng)態(tài)降落最大動(dòng)態(tài)降落 tv 恢復(fù)時(shí)間：恢復(fù)時(shí)間： Shanghai university三。典型系統(tǒng)三。典型系統(tǒng) 一般來(lái)說(shuō)，許多控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)都可表示一般來(lái)說(shuō)，許多控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)都可表示為為 n11) 1() 1()(iirmjjsTssKsW)(sWR(s)C(s) Shanghai university典型系統(tǒng)典型系統(tǒng) 分母中的分母中的 sr 項(xiàng)表示該系統(tǒng)在原

22、點(diǎn)處有項(xiàng)表示該系統(tǒng)在原點(diǎn)處有 r 重極點(diǎn)，重極點(diǎn)， r=0，1，2，時(shí)，分別稱(chēng)作時(shí)，分別稱(chēng)作0型、型、I型、型、型、型、系統(tǒng)。系統(tǒng)。 0型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度低，而型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度低，而型和型和型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定。型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定。 為了保證穩(wěn)定性和較好的穩(wěn)態(tài)精度，為了保證穩(wěn)定性和較好的穩(wěn)態(tài)精度，多選用多選用I型和型和II型型系統(tǒng)。系統(tǒng)。 Shanghai university1. 典型典型I型系統(tǒng)型系統(tǒng)（1）結(jié)構(gòu)圖與傳遞函數(shù)）結(jié)構(gòu)圖與傳遞函數(shù) ) 1()(TssKsW)(sR) 1(TssK)(sC式中 T 系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)； K 系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益。（2-9） Shanghai universi

23、tyOdB/decdB/dec典型典型I型系統(tǒng)型系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率頻率特性特性 Shanghai university 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)數(shù)幅頻特性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)數(shù)幅頻特性20 dB/dec 的斜率穿越的斜率穿越 0dB 線，只要參數(shù)的選擇能保證足夠的中頻帶寬度，系線，只要參數(shù)的選擇能保證足夠的中頻帶寬度，系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的，且有足夠的穩(wěn)定裕量，當(dāng)統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的，且有足夠的穩(wěn)定裕量，當(dāng) T1c1cT或或相角穩(wěn)定裕度相角穩(wěn)定裕度 45arctg90arctg90180ccTT典型典型I I型系統(tǒng)性能特性型系統(tǒng)性能特性 Shanghai university2. 典型典型型系統(tǒng)型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

24、和傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù) ) 1() 1()(2TsssKsW（2-10）)(sR)(sC) 1() 1(2TsssK Shanghai universityOdB/decdB/decdB/dec典型典型型系統(tǒng)型系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率頻率特性特性O(shè)1/ Shanghai university 典型的典型的II型系統(tǒng)也是以型系統(tǒng)也是以 20dB/dec 的斜率穿越零分貝線。的斜率穿越零分貝線。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，選擇參數(shù)應(yīng)選擇參數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足滿(mǎn)足 T11cT或或 比比 T 大得越多，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度越大得越多，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度越大。大。典型典型型系統(tǒng)系統(tǒng)性能特性型系統(tǒng)系統(tǒng)性能特性 Shan

25、ghai university四。四。 典型典型I型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系 典型典型I型系統(tǒng)中，型系統(tǒng)中，時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) T 在實(shí)在實(shí)際系統(tǒng)中往往是控制對(duì)象本身固有際系統(tǒng)中往往是控制對(duì)象本身固有的，能夠改變的只有開(kāi)環(huán)增益的，能夠改變的只有開(kāi)環(huán)增益 K 。 設(shè)計(jì)時(shí)，需要按照性能指標(biāo)選擇設(shè)計(jì)時(shí)，需要按照性能指標(biāo)選擇參數(shù)參數(shù) K 。 ) 1()(TssKsW Shanghai university K 與開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性的關(guān)系與開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性的關(guān)系 不同不同 K 值時(shí)典型值時(shí)典型 I 型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性，箭頭型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性，箭頭表示表示K值增大時(shí)特性變

26、化的方向。值增大時(shí)特性變化的方向。 Shanghai university K 與截止頻率與截止頻率 c 的關(guān)系的關(guān)系 當(dāng)當(dāng) c 1 / T時(shí)，特時(shí)，特性以性以20dB/dec斜率斜率穿越零分貝線，系統(tǒng)穿越零分貝線，系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性。由有較好的穩(wěn)定性。由圖中的特性可知：圖中的特性可知：cclg20) 1lg(lg20lg20K所以所以 K = c （當(dāng)（當(dāng) c 時(shí)）時(shí)） T1(2-12) 1 Shanghai university快速性與穩(wěn)定性之間的矛盾快速性與穩(wěn)定性之間的矛盾 K值越大，截止頻率值越大，截止頻率 c 也越大，系統(tǒng)響應(yīng)越也越大，系統(tǒng)響應(yīng)越快，相角穩(wěn)定裕度快，相角穩(wěn)定裕度 =

27、90 arctg cT越小越小，這也說(shuō)明快速性與穩(wěn)定性之間的矛盾。這也說(shuō)明快速性與穩(wěn)定性之間的矛盾。 在選擇參數(shù)在選擇參數(shù) K時(shí)，須在二者之間取折衷。時(shí)，須在二者之間取折衷。 Shanghai university1. 典型典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 （1）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo))(sR) 1(TssK)(sC)( e)() 1() 1(0lim)()(0lim)(SRKTSSTSSSSSRSSESee Shanghai university不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差輸入信號(hào)輸入信號(hào)階躍輸入階躍輸入斜坡輸入斜坡輸

28、入加速度輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差 0v0 / K 0)(RtRtvtR0)(2)(20tatR Shanghai university穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo) 在階躍輸入下的在階躍輸入下的 I 型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)是無(wú)差的；型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)是無(wú)差的； 但在斜坡輸入下則有恒值穩(wěn)態(tài)誤差，且與但在斜坡輸入下則有恒值穩(wěn)態(tài)誤差，且與 K 值值成反比；成反比； 在加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差為在加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差為 。 因此，因此，I型系統(tǒng)不能用于具有加速度輸入的隨動(dòng)型系統(tǒng)不能用于具有加速度輸入的隨動(dòng)系統(tǒng)。系統(tǒng)。 Shanghai university（2）動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)）動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo) 閉環(huán)傳遞函數(shù)：典

29、型閉環(huán)傳遞函數(shù)：典型 I 型系統(tǒng)是一種二階系統(tǒng)，型系統(tǒng)是一種二階系統(tǒng)，其閉環(huán)傳遞函數(shù)的一般形式為其閉環(huán)傳遞函數(shù)的一般形式為 2nn22ncl2)()()(sssRsCsW（2-13） 式中式中 n 無(wú)阻尼時(shí)的自然振蕩角頻率，或稱(chēng)無(wú)阻尼時(shí)的自然振蕩角頻率，或稱(chēng) 固有角頻率；固有角頻率； 阻尼比，或稱(chēng)衰減系數(shù)。阻尼比，或稱(chēng)衰減系數(shù)。 Shanghai universityTKnKT121T21nK、T與標(biāo)準(zhǔn)形式參數(shù)的換算與標(biāo)準(zhǔn)形式參數(shù)的換算)(sR) 1(TssK)(sCTKTsTKTssKTssKsRsCsWcl1) 1(1) 1()()()(2 Shanghai university 1，欠阻

30、尼的振蕩特性，欠阻尼的振蕩特性， 1，過(guò)阻尼的單調(diào)特性；，過(guò)阻尼的單調(diào)特性； = 1，臨界阻尼。，臨界阻尼。 過(guò)阻尼動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，一般把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成欠阻過(guò)阻尼動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，一般把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成欠阻尼，即尼，即 0 1二階系統(tǒng)的二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性質(zhì)性質(zhì) Shanghai university典型典型I型系統(tǒng)的阻尼比型系統(tǒng)的阻尼比 在典在典 I 系統(tǒng)中系統(tǒng)中 KT 0.5，應(yīng)取應(yīng)取 15 . 0(2-18) KT121 Shanghai university%100e)1/(2)arccos(122rTt(2-19) (2-20) (2-21) 2np1t超調(diào)量超調(diào)量 上升時(shí)間上升時(shí)間 峰值時(shí)

31、間峰值時(shí)間 性能指標(biāo)和系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系性能指標(biāo)和系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系 Shanghai university典型典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系的關(guān)系參數(shù)關(guān)系參數(shù)關(guān)系KT0.250.39 0.50.69 1.0阻尼比阻尼比 超調(diào)量超調(diào)量 上升時(shí)間上升時(shí)間 tr峰值時(shí)間峰值時(shí)間 tp 相角穩(wěn)定裕度相角穩(wěn)定裕度 截止頻率截止頻率 c 1.0 0 % 76.30.243/T 0.8 1.5% 6.6T8.3T69.90.367/T 0.707 4.3 % 4.7T6.2T 65.50.455/T 0.6 9.5 % 3.3T4.7T59.2 0.596

32、/T 0.5 16.3 % 2.4T3.2T 51.8 0.786/T Shanghai university性能指標(biāo)討論：性能指標(biāo)討論：1。當(dāng)。當(dāng) ， 時(shí)時(shí)，超調(diào)量為超調(diào)量為 ，穩(wěn)定穩(wěn)定性和快速性都較好西門(mén)子把它稱(chēng)為性和快速性都較好西門(mén)子把它稱(chēng)為“二階最佳系統(tǒng)二階最佳系統(tǒng)”；2。在工程上，根據(jù)不同的工藝要求，可以有不同的最佳。在工程上，根據(jù)不同的工藝要求，可以有不同的最佳參數(shù)選擇，根據(jù)要求選擇參數(shù)；參數(shù)選擇，根據(jù)要求選擇參數(shù)；3。列表的目：為參數(shù)的選擇提供了簡(jiǎn)便的途徑，當(dāng)不能。列表的目：為參數(shù)的選擇提供了簡(jiǎn)便的途徑，當(dāng)不能滿(mǎn)足所需的全部性能指標(biāo)時(shí)，說(shuō)明典型滿(mǎn)足所需的全部性能指標(biāo)時(shí)，說(shuō)明典型型

33、系統(tǒng)已不能適型系統(tǒng)已不能適用，須采用其它控制方法。用，須采用其它控制方法。707. 05 . 0KT%3 . 4 Shanghai university 典型典型型系統(tǒng)已經(jīng)規(guī)定了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，分析它的抗擾型系統(tǒng)已經(jīng)規(guī)定了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，分析它的抗擾性能指標(biāo)的關(guān)鍵因素是擾動(dòng)作用點(diǎn)，某種定量的抗擾性能指標(biāo)的關(guān)鍵因素是擾動(dòng)作用點(diǎn)，某種定量的抗擾性能指標(biāo)只適用于一種特定的擾動(dòng)作用點(diǎn)。性能指標(biāo)只適用于一種特定的擾動(dòng)作用點(diǎn)。2. 典型典型I型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 Shanghai university電流環(huán)的擾動(dòng)作用點(diǎn)：電流環(huán)的擾動(dòng)作用點(diǎn)：在在 采用采用PI調(diào)節(jié)器的情況下，

34、在擾動(dòng)作用點(diǎn)前后調(diào)節(jié)器的情況下，在擾動(dòng)作用點(diǎn)前后各是一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖為：各是一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖為： )(sWACRTTs21TTlRK/1211/siKKK ssKsW11pACR1)(（T2T1） Shanghai university僅考慮擾動(dòng)作用僅考慮擾動(dòng)作用R(s)=0 Shanghai university)(sN)(11sW)(sW)(sC典型I型系統(tǒng) )(sF擾動(dòng)作用下的典型擾動(dòng)作用下的典型I型系統(tǒng)的傳遞函數(shù)型系統(tǒng)的傳遞函數(shù):) 1()()()(21TssKsWsWsW(2-25) ) 1() 1()(211TsssTKsW) 1()(222sTKs

35、W Shanghai university階躍擾動(dòng)作用下的輸出變化量階躍擾動(dòng)作用下的輸出變化量階躍擾動(dòng)階躍擾動(dòng)：sFsF)()(1() 1()(222KsTssTTsFKsC輸出變化量：輸出變化量：TtmeTtememmmmFKtCTtTtTt2sin2cos)1 ()1(1222)()2/()2/(/2225 . 0KT當(dāng)當(dāng) Shanghai university221TTTTm51101201301%100maxbCC55.5%33.2%18.5%12.9%tm / T2.83.43.84.0tv / T14.721.728.730.4典型典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)

36、抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系（KT=0.5,Cb=FK2/2) Shanghai university結(jié)果分析結(jié)果分析 當(dāng)控制對(duì)象的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)相距較大時(shí)，當(dāng)控制對(duì)象的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)相距較大時(shí)，動(dòng)態(tài)降落減小，但恢復(fù)時(shí)間卻拖得較長(zhǎng)動(dòng)態(tài)降落減小，但恢復(fù)時(shí)間卻拖得較長(zhǎng)。 Shanghai university五。五。 典型典型II型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系 典型典型II型系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)型系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)T也是控制對(duì)象固有的，也是控制對(duì)象固有的，而待定的參數(shù)有兩個(gè)：而待定的參數(shù)有兩個(gè)： K 和和 。 定義定義中頻寬中頻寬：12Th(2-32) ) 1() 1()(2TsssKsW S

37、hanghai university典型典型型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性dB/L0 11T12hKlg20-20 40 -40 / s-1c=120dB/dec40dB/dec40dB/dec中頻寬1111lg20lg20)lg(lg20) 1lg(lg4020cccKKlg Shanghai university參數(shù)之間的一種最佳配合參數(shù)之間的一種最佳配合采用采用“振蕩指標(biāo)法振蕩指標(biāo)法”中的閉環(huán)幅頻特性峰值最小準(zhǔn)中的閉環(huán)幅頻特性峰值最小準(zhǔn)則，可以找到和兩個(gè)參數(shù)之間的一種最佳配合，則，可以找到和兩個(gè)參數(shù)之間的一種最佳配合， 122hhc211hc Shanghai univ

38、ersity參數(shù)之間的一種最佳配合參數(shù)之間的一種最佳配合則 hT2222112121)1(21ThhhhThKc Shanghai university輸入信號(hào)輸入信號(hào)階躍輸入階躍輸入斜坡輸入斜坡輸入加速度輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差00 0)(RtRtvtR0)(2)(20tatRKa /0（1）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo) 系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 1. 典型典型II型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系 Shanghai university 在階躍和斜坡輸入下，在階躍和斜坡輸入下，II型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)均無(wú)型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)

39、均無(wú)差；差； 加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差與開(kāi)環(huán)增益加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差與開(kāi)環(huán)增益K成反比成反比。 Shanghai university（2）動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)）動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo) h 3 4 56 7 8 9 10 tr / Tts / T k 52.6% 2.412.15 3 3.6% 2.65 11.65 237.6% 2.85 9.55 2 33.2% 3.0 10.45 129.8% 3.1 11.30 127.2% 3.2 12.25 125.0% 3.3 13.25 1 23.3% 3.35 14.20 1典型典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo) （按（按Mrmin

40、準(zhǔn)準(zhǔn)則確定關(guān)系時(shí)）則確定關(guān)系時(shí)）h越小超調(diào)量越大穩(wěn)定性差越小超調(diào)量越大穩(wěn)定性差 Shanghai university轉(zhuǎn)速環(huán)在負(fù)載擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速環(huán)在負(fù)載擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu):2. 典型典型型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系 Shanghai university2. 典型典型型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系抗擾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗擾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2-17b 典型典型II型系統(tǒng)在一種擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖型系統(tǒng)在一種擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖+ ) 1() 1(1TsshTsKsK2)(sF)(sC0)(1sW- )(2sW Shanghai

41、university 在階躍擾動(dòng)下在階躍擾動(dòng)下， 11212) 1(12)(222332222hTssThhsThhTsTFKhhsC（2- 43） 擾動(dòng)系統(tǒng)的輸出響應(yīng)擾動(dòng)系統(tǒng)的輸出響應(yīng)Cb = 2FK2T （2-44） sFsF/)(取輸出量基準(zhǔn)值為取輸出量基準(zhǔn)值為 Shanghai university典型典型II型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 h 3 4 56 7 8 9 10 Cmax/Cbtm / T tv / T 72.2% 2.4513.60 77.5% 2.70 10.4581.2% 2.85 8.80 84.0% 3.00 12.9586

42、.3% 3.15 16.8588.1% 3.25 19.8089.6% 3.30 22.80 90.8% 3.40 25.85（參數(shù)關(guān)系符合最小（參數(shù)關(guān)系符合最小Mr準(zhǔn)則）準(zhǔn)則） Shanghai university 一般來(lái)說(shuō)，一般來(lái)說(shuō)， h 值越小，值越小， Cmax/Cb 也越小，也越小， tm 和和 tv 都短，都短，因而抗擾性能越好，這個(gè)趨勢(shì)與跟隨性能指標(biāo)中超調(diào)量因而抗擾性能越好，這個(gè)趨勢(shì)與跟隨性能指標(biāo)中超調(diào)量與與 h 值的關(guān)系恰好相反，反映了快速性與穩(wěn)定性的矛盾值的關(guān)系恰好相反，反映了快速性與穩(wěn)定性的矛盾。 但是，當(dāng)?shù)?，?dāng) h 5 時(shí)，由于振蕩次數(shù)的增加，時(shí)，由于振蕩次數(shù)的增加，

43、 h 再小，恢再小，恢復(fù)時(shí)間復(fù)時(shí)間 tv 反而拖長(zhǎng)了。反而拖長(zhǎng)了。 h = 5是較好的選擇是較好的選擇 Shanghai university 靜態(tài)誤差不同靜態(tài)誤差不同典型典型 I 只對(duì)階躍輸入無(wú)差，典型只對(duì)階躍輸入無(wú)差，典型對(duì)斜坡輸入也對(duì)斜坡輸入也無(wú)差無(wú)差 動(dòng)態(tài)跟隨及抗擾性能動(dòng)態(tài)跟隨及抗擾性能典型典型 I 型系統(tǒng)在跟隨性能上可以做到超調(diào)小，抗型系統(tǒng)在跟隨性能上可以做到超調(diào)小，抗擾性能較差擾性能較差典型典型型系統(tǒng)的超調(diào)量相對(duì)較大，抗擾性能卻型系統(tǒng)的超調(diào)量相對(duì)較大，抗擾性能卻比較好。比較好。 這是設(shè)計(jì)時(shí)選擇典型系統(tǒng)的重要依據(jù)。這是設(shè)計(jì)時(shí)選擇典型系統(tǒng)的重要依據(jù)。兩種典型系統(tǒng)性能比較兩種典型系統(tǒng)性能

44、比較 Shanghai university六。六。 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和傳遞函數(shù)的近似調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和傳遞函數(shù)的近似 處理處理非典型系統(tǒng)的典型化非典型系統(tǒng)的典型化1. 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇基本思路基本思路: 將控制對(duì)象校正成為典型系統(tǒng)。將控制對(duì)象校正成為典型系統(tǒng)。系統(tǒng)校正控制對(duì)象 調(diào)節(jié)器 輸入輸出典型系統(tǒng) 輸入輸出 Shanghai university校正成典型校正成典型I型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇控制控制對(duì)象對(duì)象調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器器參數(shù)參數(shù)配合配合) 1)(1)(1(3212sTsTsTK) 1)(1(212sTsTKT1、T2 T312TsK) 1(2TssK)

45、1)(1)(1(3212sTsTsTK321,TTT ssK11pi) 1(sKipKsss) 1)(1(21ssK11pi) 1(11T2211,TT3211,TTTTT1 T2 Shanghai university控制控制對(duì)象對(duì)象調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器器參數(shù)參數(shù)配合配合) 1(2TssK21212) 1)(1(TTsTsTK相近21212,) 1)(1(TTsTsTsK都很小21212,) 1)(1(TTsTsTsK3213212) 1)(1)(1(TTTsTsTsTK、認(rèn)為： ssK11pi) 1(ssK11pi1sss) 1)(1(21hT1認(rèn)為： 21hTsTsT11111）（或）（或1222

46、11 ThThThT)(211TTh)(321TThsTsT11111ssK11pi1ssK11pi1校正成典型校正成典型II型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇 Shanghai university2. 傳遞函數(shù)近似處理傳遞函數(shù)近似處理（1）高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理）高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理 小時(shí)間常數(shù)所對(duì)應(yīng)的頻率都處于頻率特性的高頻段，形小時(shí)間常數(shù)所對(duì)應(yīng)的頻率都處于頻率特性的高頻段，形成一組小慣性群。例如，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)成一組小慣性群。例如，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為為 ) 1)(1)(1() 1()(321sTsTsTssKsW小慣性環(huán)節(jié)可以合并 Shanghai unive

47、rsity高頻段高頻段小慣性群小慣性群的近似處理的近似處理 當(dāng)系統(tǒng)有一組小慣性群時(shí)，在一定的條件下，可以將它們當(dāng)系統(tǒng)有一組小慣性群時(shí)，在一定的條件下，可以將它們近似地看成是一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)等于小慣性群近似地看成是一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)等于小慣性群中各時(shí)間常數(shù)之和。中各時(shí)間常數(shù)之和。 1)(1) 1)(1(13232sTTsTsT例如例如：近似條件近似條件32c31TT323223222323232232321,11, 11)(1)()1 (1) 1)(1(1TTTTTTTTTTjTTjTTTjjTcc一般認(rèn)為即，條件： Shanghai university（2）高階系統(tǒng)的降階近

48、似處理）高階系統(tǒng)的降階近似處理三階系統(tǒng)三階系統(tǒng)a，b，c都是正數(shù)，且都是正數(shù)，且bc a，即系統(tǒng)是穩(wěn)定的。，即系統(tǒng)是穩(wěn)定的。降階處理：忽略高次項(xiàng)，得近似的一階系統(tǒng)降階處理：忽略高次項(xiàng)，得近似的一階系統(tǒng)近似條件近似條件 1)(23csbsasKsW(2-50) 1)(csKsW(2-51) ),1min(31cacb(2-52) Shanghai university（3）低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理）低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理 時(shí)間常數(shù)特別大的慣性環(huán)節(jié)，可以近似為積分環(huán)節(jié)，時(shí)間常數(shù)特別大的慣性環(huán)節(jié)，可以近似為積分環(huán)節(jié)，即即 11TsTs1近似條件近似條件 T3c(2-53) Shanghai u

49、niversityc對(duì)頻率特性的影響對(duì)頻率特性的影響低頻段大慣性環(huán)節(jié)近似處理對(duì)頻率特性的影響低頻段大慣性環(huán)節(jié)近似處理對(duì)頻率特性的影響 低頻時(shí)把特性a近似地看成特性b Shanghai university2.4 2.4 按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則：系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則： “先內(nèi)環(huán)后外環(huán)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”從內(nèi)環(huán)開(kāi)始，逐步向外擴(kuò)展。在這里，首先設(shè)計(jì)從內(nèi)環(huán)開(kāi)始，逐步向外擴(kuò)展。在這里，首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

50、器。 Shanghai university-IdL(s)Ud0(s)Un+-+-UiACR1/RTl s+1RTmsU*I(s)Uc(s)Ks Tss+1Id1Ce+E Tois+11 T0is+1ASR1 T0ns+1 Tons+1U*n(s)n(s)電流環(huán)圖圖2-22 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)E(s)增加了濾波環(huán)節(jié)增加了濾波環(huán)節(jié) Shanghai university設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟：設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟：1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化；電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化；2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇；電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇；3.電

51、流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算；電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算；4.電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)；電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)；5. 檢驗(yàn)近似條件。檢驗(yàn)近似條件。一。一。 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) Shanghai university1. 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化內(nèi)容簡(jiǎn)化內(nèi)容 忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響 等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng) 小慣性環(huán)節(jié)近似處理小慣性環(huán)節(jié)近似處理 Shanghai universityUd0(s)+-Ui (s)ACR1/RTl s+1U*i(s)Uc (s)Ks Tss+1Id (s) Tois+11 Tois+1（1）忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響）忽略反電動(dòng)勢(shì)的

52、動(dòng)態(tài)影響 暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響，電流環(huán)如下圖所示。暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響，電流環(huán)如下圖所示。簡(jiǎn)化條件簡(jiǎn)化條件：cilmciTT13電流環(huán)截止頻率電流環(huán)截止頻率 Shanghai university 給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改成把給定信號(hào)改成U*i(s) / ，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)系統(tǒng)。 +-ACRUc (s)Ks /R (Tss+1)(Tl s+1)Id (s)U*i(s) Tois+1圖2-23b等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng) Shanghai

53、 university Ts 和和 T0i 一般都比一般都比Tl 小得多，可以近似為一個(gè)慣小得多，可以近似為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為 Ti = Ts + Toi (2-55) 簡(jiǎn)化的近似條件為簡(jiǎn)化的近似條件為 oisci131TT(2-56) （2）小慣性環(huán)節(jié)近似處理）小慣性環(huán)節(jié)近似處理 Shanghai university+-ACRUc (s)Ks /R (Tls+1)(Tis+1)Id (s)U*i(s)+-ACRUc (s)Ks /R (Tls+1)(Tis+1)Id (s)U*i(s)圖2-23c電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖 Shanghai university2

54、.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇典型系統(tǒng)的選擇：典型系統(tǒng)的選擇：采用采用 I 型系統(tǒng)型系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器選擇：電流調(diào)節(jié)器選擇：PI型的電流調(diào)節(jié)器，傳遞函數(shù)型的電流調(diào)節(jié)器，傳遞函數(shù)ssKsWiiiACR) 1()(（2-57） Ki 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； iR1C 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。 Shanghai university+-Uc (s)Ks /R (Tls+1)(Tis+1)Id (s)U*i(s)+-Uc (s)Ks /R (Tls+1)(Tis+1)Id (s)U*i(s)ssKiii1 Shanghai university3

55、. 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消 則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為典型則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為典型系統(tǒng)系統(tǒng)，其中，其中l(wèi)TiRKKKisiI+-Uc (s)Ks /R (Tls+1)(Tis+1)Id (s)U*i(s)+-Uc (s)Ks /R (Tls+1)(Tis+1)Id (s)U*i(s)ssKiii1 Shanghai university3. 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算(續(xù)）續(xù)） 如希望電流超調(diào)量如希望電流超調(diào)量 i 5%，選選 =0.707，KI T i =0.5，則，則ic

56、iI21TK)(22isisiTTKRTKRTKll根據(jù)性能要求查典型根據(jù)性能要求查典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系表型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系表,查出查出KT值，因值，因T已知，計(jì)算已知，計(jì)算K。RKKKisiI Shanghai universityK I s(Tis+1)Id (s)+-U*i(s)圖2-24 校正成典型I型系統(tǒng)的電流環(huán) a) 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 b) 開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性: 校正后電流環(huán)的結(jié)構(gòu)和特性校正后電流環(huán)的結(jié)構(gòu)和特性1OL/dBci-20dB/dec /s-1-40dB/decTi Shanghai university4. 電流調(diào)節(jié)器的

57、實(shí)現(xiàn)電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn) 模擬式電流調(diào)節(jié)器電路模擬式電流調(diào)節(jié)器電路圖中圖中:U*i 電流給定電壓；電流給定電壓； Id 電流負(fù)反饋電壓；電流負(fù)反饋電壓；Uc 電力電子變換器的電力電子變換器的控制電壓?？刂齐妷?。圖2-25 含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器 Shanghai university電流調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的計(jì)算公式電流調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的計(jì)算公式0iiRRK iiiCRoi0oi41CRT (2-62) (2-63) (2-64) Shanghai university5。檢驗(yàn)近似條件：。檢驗(yàn)近似條件：計(jì)算電流環(huán)截止頻率：計(jì)算電流環(huán)截止頻率：（1）電力電子變換器純滯后的近似處理：電力電子變

58、換器純滯后的近似處理：（2）忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)影響：忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)影響：（3）電流環(huán)小慣性群的處理：電流環(huán)小慣性群的處理：sciT31lmciTT13oisci131TTIciK Shanghai university設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟：1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)；電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)；2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇；3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇；4.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)；5. 校驗(yàn)近似條件。校驗(yàn)近似條件。二。二。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) Shanghai university1. 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞

59、函數(shù)電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù) 111) 1(1) 1(/ )()()(I2IiiIiI*idclisKsKTsTsKsTsKsUsIsW(2-65) K I s(Tis+1)Id (s)+-U*i(s) Shanghai university忽略高次項(xiàng)，上式可降階近似忽略高次項(xiàng)，上式可降階近似為為 111)(IclisKsW(2-66) iIcn31TK近似條件近似條件可由式（可由式（2-52）求出）求出 (2-67) 式中式中 cn 轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率。 電流環(huán)的傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化電流環(huán)的傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化: Shanghai u

60、niversity111)()()(Icli*idsKsWsUsI(2-68) 電流環(huán)等效傳遞函數(shù)電流環(huán)等效傳遞函數(shù) 原來(lái)雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象，經(jīng)閉環(huán)控原來(lái)雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時(shí)間常數(shù)的一制后，可以近似地等效成只有較小時(shí)間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。階慣性環(huán)節(jié)。 Shanghai university電流閉環(huán)控制的意義電流閉環(huán)控制的意義 電流閉環(huán)控制改造了控制對(duì)象，加快了電電流閉環(huán)控制改造了控制對(duì)象，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)（內(nèi)環(huán)）控流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)（內(nèi)環(huán)）控制的一個(gè)重要功能。制的一個(gè)重要功能。 Shanghai universi